Индукционная лампа

Индукционный разряд в парах ртути в трубке 200×Ø36 мм со средней мощностью 1-5 кВт с частотой 1-15 кГц при низких (сверху) и больших (снизу) давлениях

Индукционная лампа — безэлектродная газоразрядная лампа, в которой первичным источником света служит плазма, возникающая в результате ионизации газа высокочастотным магнитным полем. Для создания магнитного поля баллон с газом лампы размещают рядом с катушкой индуктивности. Отсутствие прямого контакта электродов с газовой плазмой позволяет назвать лампу безэлектродной. Отсутствие металлических электродов внутри баллона с газом значительно увеличивает срок службы и улучшает стабильность параметров.

Принцип работы

Лампа ВКсШ-10000, 10 кВт. "Стелла", СССР, 1975 г.

Индукционная лампа состоит из:

• газоразрядной трубки, внутренняя поверхность которой может быть покрыта люминофором для получения видимого света или специальным светоотражающим покрытием на основе кремния, служащим для получения высоких яркостей;
• катушки (первичной обмотки трансформатора), у которой полость лампы является вторичным витком;
• электронного генератора высокочастотного тока для запитки катушки;
• для уменьшения рассеяния высокочастотного магнитного поля (что улучшает электромагнитную совместимость, увеличивает эффективность) может снабжаться ферромагнитными экранами и/или сердечниками.

Различают два типа конструкции индукционных ламп по способу размещения электронного устройства:

• Индукционная лампа со внешним генератором (электронное устройство и лампа являются разнесёнными устройствами).
• Индукционная лампа со встроенным генератором (конструктивно генератор и лампа скомпонованы в одном корпусе).

Электронный генератор вырабатывает высокочастотный ток, протекающий по обмотке накачки лампы. Вторичная «обмотка» трансформатора короткозамкнутая, это ионизированный газ трубки. При достижении напряжённости электрического поля в газе, достаточной для электрического пробоя, газ превращается в низкотемпературную плазму. Так как плазма хорошо проводит электрический ток, в газовой полости лампы начинает выделяться энергия от протекания электрического тока и поддерживается устойчивый плазменный шнур.

Возбуждённые электрическим разрядом атомы газа, наполняющего полость лампы, излучают фотоны с длинами волн, характерными для атомов наполняющего лампу газа (эмиссионные линии спектра). Обычно эти лампы наполняют смесью аргона с парами ртути, аргон добавляют для облегчения зажигания лампы при низких температурах, когда давление паров ртути недостаточно для возникновения газового разряда. Атомы ртути в газовом разряде ярко излучают в эмиссионных линиях в невидимой глазом ультрафиолетовой части спектра. Если необходимо, ультрафиолетовое излучение атомов ртути преобразуется в видимое излучение посредством люминофора, нанесённого на внутреннюю поверхность стеклянной трубки лампы. Такие лампы можно отнести к люминесцентным лампам.

Известны мелкосерийные образцы ламп для имитации солнечного излучения, разработанные ПО "Стелла", основной составляющей в газовом наполнении которых являлся ксенон. При его ВЧ возбуждении он излучает спектр, очень похожий на солнечный.

Многие лампы со внешними электродами не имеют люминофорного покрытия и излучают наружу только тот свет, который излучается ионизированным газом (плазмой). Такие лампы относятся к газосветным лампам.

Основное преимущество ламп со внешними электродами над газоразрядными лампами с электродами — длительный срок службы и высокая стабильность параметров. Это вызвано тем, что внутри лампы нет металлических деталей, способных разрушаться под ударами ионов и электронов и изменять состав газовой среды.

Характеристики

• Чаще всего заявляемый производителями срок службы составляет 60 000—150 000 часов (опытные данные отсутствуют). Благодаря безэлектродному исполнению срок службы значительно выше, чем у традиционных электродных люминесцентных ламп.
• Номинальная светоотдача: более 80 лм/Вт и при увеличении мощности лампы увеличивается световой поток, при этом снижается срок службы за счёт повышенной эксплуатационной нагрузки. Так например лампа 300 Вт выдаёт 90 Лм/Вт.
• Производители заявляют высокий уровень светового потока после длительного использования. К примеру, после 60 000 часов наработки уровень светового потока по расчётам должен составлять свыше 70 % от первоначального (60000 часов=13 лет использования в 12 часовом режиме).
• Мгновенное включение/выключение (отсутствует время ожидания между переключениями, что является хорошим преимуществом перед большинством газоразрядных ламп (ртутной лампой ДРЛ, натриевой лампой ДНаТ и металлогалогенной лампой ДРИ), для которых требуется время для выхода на рабочий режим и время остывания 5—15 минут после внезапного отключения электросети).
• Неограниченное количество циклов включения/выключения.
• Цветопередача люминесцентных безэлектродных индукционных ламп аналогична цветопередаче обычных ртутных газоразрядных ламп с люминофором, так как они обычно наполнены тем же рабочим газом и используют те же люминофоры. Некоторые опытные и мелкосерийные разработки дают спектр излучения очень похожий на солнечный, причём люминофор в таких лампах отсутствует.
• Большинство индукционных ламп так же как и люминесцентные лампы, требуют специальной утилизации из-за присутствия ртутных соединений и электронных компонентов.

Применение

Благодаря высокой стабильности параметров безэлектродные ртутные газоразрядные лампы применяются в качестве прецизионных источников ультрафиолетового излучения, например, в спектрометрии.

Индукционный принцип возбуждения газа используется в накачке газовых лазеров.

Индукционные лампы применяются для наружного и внутреннего освещения, особенно в местах, где требуется хорошее освещение с высокой светоотдачей, длительным сроком службы: улицы, магистрали, тоннели, промышленные и складские помещения, производственные цеха, автостоянки, стадионы. Ввиду присутствия высокочастотных электромагнитных излучений не рекомендуется установка в аэропорты, железнодорожные станции, автозаправочные станции.

Специализированные индукционные лампы большой мощности с ксеноновым (и, по некоторым данным, ксенон-криптон-аргон-неоновым) наполнением использовались для испытания материалов и элементов конструкций радиоэлектронных средств космических аппаратов, а также в установках фотолитографии.

Таблица коэффициентов пересчёта показаний светового потока в Lm (люменах) в визуально эффективные люмены (PLm)

Тип источника света	S/P коэффициент
Лампа на светодиодах CREE X-PG 5000 К	2,34
Индукционная лампа 6500 К	2,22
Галогенная лампа	1,5
Металлогалогенная лампа	1,49
Лампа накаливания	1,41
Люминесцентная лампа 4200 К	1
Ртутная лампа высокого давления	0,8
Натриевая низкого давления	0,35

Бытовой прибор «Фотон» производства МЭЛЗ использовал в своём составе индукционную лампу ИВР, внешне представляющую собой шарик из кварцевого стекла диаметром 2,5 см со ртутно-аргоновым наполнением. Прибор являлся источником УФ-излучения для косметических целей, а также иногда использовался в радиолюбительской практике (стирание ПЗУ).

Данные, полученные Фрэнсисом Рубинштейном из отдела строительных технологий, Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли (Калифорния, США), позволяют перевести данные, полученные при измерении светового потока традиционным измерительным прибором (Lm) в визуально эффективные люмены (PLm). Просто умножив показания люксметра на соответствующий коэффициент, получаются значения видимой освещённости.

Коэффициент S/P — это отношение измерений люксметра, скорректированного по цветовой кривой дневного света, к измерениям люксметра, настроенного по кривой ночного зрения.

См. также

• Ёмкостная безэлектродная лампа

Литература

• Индукционные лампы — новое энергоэффективное решение в уличном освещении // Журнал «Pro электричество» № 1/32 январь-март 2010 г.
• Электровакуумные приборы, справочник, том XXIII - Источники высокоинтенсивного оптического излучения газоразрядные. Прочие приборы. Издание третье. // МЭП СССР, Научно-исследовательский институт 1972 г.
• Рохлин Г. Н. Газоразрядные источники света. — М.: Энергоатомиздат, 1991. — ISBN 5-283-00548-8.